1、基于MasterCAM平臺(tái)的數(shù)控編程后處理程序應(yīng)用開發(fā) 本文針對(duì)MasterCAM提供的數(shù)控五軸、三軸銑削加工編程及其后處理程序二次開發(fā)功能，以FIDIA KR214六軸五聯(lián)動(dòng)高速銑削中心、MAHO1600w立臥轉(zhuǎn)換加工中心以及常用三軸數(shù)控銑削機(jī)床的輸出控制為對(duì)象，重點(diǎn)說明了其相應(yīng)后處理程序修改的關(guān)鍵技術(shù)。 一、前言    MasterCAM是由美國CNC Software公司率先開發(fā)的CAD/CAM軟件系統(tǒng)，其豐富的三維曲面造型設(shè)計(jì)、數(shù)控加工編程的功能尤其適合航空航天、汽車、模具等行業(yè)。它的數(shù)控加工編程功能輕便快捷，特別適合車間級(jí)和小型公司的生產(chǎn)與開展，目前，在

2、國內(nèi)外得到了非常廣泛的應(yīng)用。MasterCAM系統(tǒng)可提供25軸銑削、車削、變錐度線切割4軸加工等編程功能。目前三軸銑削在模具和其他行業(yè)的應(yīng)用最為廣泛，隨著數(shù)控加工技術(shù)不斷朝高速、超高速、高精密、多軸聯(lián)動(dòng)及工藝的復(fù)合化加工的方向開展，數(shù)控五軸銑削加工應(yīng)用的范圍將不斷擴(kuò)大。五軸銑削加工不再僅限于葉輪、葉片等復(fù)雜零件的加工，對(duì)于模具行業(yè)等涉及空間曲面的凸凹模、大型整體零件的結(jié)構(gòu)特征應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，通過利用立銑刀的側(cè)刃和底刃，五軸銑削加工可以防止球頭刀的零速切削、零件的屢次定位裝夾等缺陷，可在很大程度上提高產(chǎn)品的加工效率和質(zhì)量。    由于五軸數(shù)控機(jī)床的配置多樣，有工作

3、臺(tái)雙擺動(dòng)、主軸雙擺動(dòng)、工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)與主軸擺動(dòng)合成等多種形式，所以五軸銑削加工編程的難點(diǎn)在于后處理程序的二次開發(fā)上。MasterCAM提供了五軸后處理程序模板，用戶在此根底進(jìn)行修改即可滿足實(shí)際的需要。二、MasterCAM數(shù)控編程后處理技術(shù)應(yīng)用    1. MasterCAM數(shù)控編程后處理簡介    后置處理程序?qū)AM系統(tǒng)通過機(jī)床的CNC系統(tǒng)與機(jī)床數(shù)控加工緊密結(jié)合起來。后置處理最重要的是將CAM軟件生成的刀位軌跡轉(zhuǎn)化為適合數(shù)控系統(tǒng)加工的NC程序，通過讀取刀位文件，根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及控制指令格式，進(jìn)行坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換和指令格式轉(zhuǎn)換。通用后置處

4、理程序是在標(biāo)準(zhǔn)的刀位軌跡以及通用的CNC系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)配置及控制指令的根底上進(jìn)行處理的，它包含機(jī)床坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換、非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度校驗(yàn)、數(shù)控程序格式變換及數(shù)控程序輸出等方面的內(nèi)容。只有采用正確的后置處理系統(tǒng)才能將刀位軌跡輸出為相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床能正確進(jìn)行加工的數(shù)控程序，因此編制正確的后置處理程序是五軸數(shù)控銑削編程與加工的前提條件之一。    后處理的主要任務(wù)是根據(jù)具體機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式和控制指令格式，將前置計(jì)算的刀位軌跡數(shù)據(jù)變換為機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并按其控制指令格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為數(shù)控機(jī)床的加工程序。五軸加工后處理程序的難點(diǎn)是機(jī)床坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換。對(duì)刀位軌跡進(jìn)行后處

5、理轉(zhuǎn)換時(shí)，首先根據(jù)具體的機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)來確定運(yùn)動(dòng)變換關(guān)系，由此將前置計(jì)算的刀位軌跡數(shù)據(jù)變換并分解到機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸上，獲得各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)分量。運(yùn)動(dòng)變換關(guān)系取決于具體機(jī)床的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)配置，機(jī)床坐標(biāo)軸的配置不同，其變換關(guān)系也不相同。這里要考慮機(jī)床種類及機(jī)床配置、程序起始控制、程序塊及號(hào)碼、準(zhǔn)備功能、輔助功能、快速運(yùn)動(dòng)控制、直線圓弧插補(bǔ)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制、暫停控制、主軸控制、冷卻控制、子程序調(diào)用、固定循環(huán)加工控制、刀具補(bǔ)償、程序輸出格式轉(zhuǎn)換、機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)變換及程序輸出等。格式轉(zhuǎn)換主要包括數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換與圓整、字符串處理、格式輸出等內(nèi)容。算法處理主要包括坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換、跨象限處理、進(jìn)給速度控制等內(nèi)容。CAD/CAM

6、軟件包提供的數(shù)控程序后處理模式一般流程如圖1所示。圖1 數(shù)控編程后置處理流程    MasterCAM后處理程序采用的是純文本格式文件接口，該文本是以腳本文件和源代碼文件混合而構(gòu)成的，要求數(shù)控人員具備軟件根底開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的熟練掌握才能編制出正確的后處理程序模板。機(jī)床與數(shù)控系統(tǒng)接口文件企業(yè)級(jí)數(shù)控系統(tǒng)接口文件，主要控制相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床格式及數(shù)控程序文件內(nèi)容輸出，使其滿足數(shù)控機(jī)床的正確配置。它是正確配置程序輸出的重點(diǎn)，也是難度最大的，它的源代碼采用的是宏程序形式，采用條件判斷、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)等邏輯方式，根據(jù)實(shí)際需要來編寫相關(guān)代碼，因此編寫時(shí)需要用到軟件開發(fā)的根本知識(shí)

7、。MasterCAM提供的通用五軸銑削加工編程的后處理程序文件為MPGEN5X.PST。用戶可以通過修改該后處理程序文件，滿足相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的要求。    2. FIDIA KR214五軸后處理程序設(shè)置    FIDIA KR214為帶旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的六軸五聯(lián)動(dòng)高速銑削加工中心，其機(jī)床類型如圖2a所示，其中C軸為主動(dòng)軸、A軸為從動(dòng)依附軸、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)為W軸。現(xiàn)有的CAM軟件大多不支持六軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控程序后處理，且實(shí)際加工中，一般的五軸聯(lián)動(dòng)足夠滿足生成的需要。針對(duì)該機(jī)床加工的特性，根據(jù)需要可編制三個(gè)線性軸X、Y、Z與A/C五軸聯(lián)動(dòng)后處理程序以及包

8、括三個(gè)線性軸與A/W的五軸后處理程序。這兩種后處理程序方案即可滿足工程需求。下面詳細(xì)說明在MPGEN5X.PST后處理程序的根底上，修改適合KR214(或KR211)數(shù)控機(jī)床的后處理程序的過程。a)b)圖2 多軸銑削機(jī)床運(yùn)動(dòng)配置示意圖    (1)圓弧輸出設(shè)置用于對(duì)圓弧插補(bǔ)的輸出進(jìn)行控制，如圓心的表達(dá)R或IJK、圓弧打斷、整圓輸出等。#Arc output settingsbreakarcs: 0  #Break arcs, 0 = no, 1 = quadrants, 2 = 180 arcsarcoutput: 0  #0 = IJK, 1

9、 = R no sign, 2 = R signed neg. over 180arctype  : 2  #Arc center 1=abs, 2=St-Ctr, 3=Ctr-St, 4=unsigned inc.do_full_arc : 1  #Allow full circle output? 0=no, 1=yeshelix_arc: 1  #Support helix arc output, 0=no, 1=all planes, 2=XY plane onlyarccheck : 1  #Check for small arcs,

10、 convert to linearatol  : .01#Angularity tolerance for arccheck = 2    (2)五軸機(jī)床構(gòu)造及運(yùn)動(dòng)設(shè)置    用于對(duì)典型的五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行配置，可對(duì)工作臺(tái)雙擺動(dòng)、主軸頭雙擺動(dòng)、主軸擺動(dòng)及工作臺(tái)擺動(dòng)、工作臺(tái)復(fù)合擺動(dòng)回轉(zhuǎn)、主軸復(fù)合擺動(dòng)回轉(zhuǎn)等典型五軸機(jī)床進(jìn)行設(shè)置。主軸回轉(zhuǎn)或擺動(dòng)對(duì)應(yīng)于相應(yīng)機(jī)床，可處于主動(dòng)軸或從動(dòng)軸的形式。針對(duì)KR214機(jī)床的配置Mtype設(shè)為2。#Machine rotary routine settingsmtype : 2  #M

11、achine type (Define base and rotation plane below) #0 = Table/Table#1 = Tilt Head/Table#2 = Head/Head#3 = Nutator Table/Table#4 = Nutator Tilt Head/Table#5 = Nutator Head/Headhead_is_sec : 2  #Set with mtype 1 and 4 to indicate head is on secondary    (3)旋轉(zhuǎn)軸矢量平面設(shè)置  

12、0; 用于設(shè)置主動(dòng)軸及從動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸矢量方向，設(shè)置主軸或工作臺(tái)復(fù)合擺動(dòng)軸矢量方向。根據(jù)KR214(KR211)的C、A軸的運(yùn)動(dòng)配置，其C軸在XY平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，A軸在YZ平面內(nèi)擺動(dòng)，因而設(shè)置如下：#Primary planeXY XZ YZ#Secondary or XZ XY XY#Secondary YZ YZ XZrotaxis1 = vecy  #Zero rotdir1  = vecx  #Direction  rotaxis2 = vecz  #Zero  rotdir2  = vecy 

13、#Directionp_nut_restore #Postblock, restores original axis settings result = updgbl(rotaxis1, vecy) #Zeroresult = updgbl(rotdir1, vecx)  #Directionresult = updgbl(rotaxis2, vecz) #Zeroresult = updgbl(rotdir2, vecx)  #Direction nut_ang_pri : -45    對(duì)于旋轉(zhuǎn)平面不在坐標(biāo)平面的特殊主軸復(fù)合擺動(dòng)或工作臺(tái)復(fù)合

14、擺動(dòng)的五軸機(jī)床，且Mtype設(shè)置為35的特殊類型時(shí)，如DMU125P和DMU50P的機(jī)床需要正確設(shè)置Nut_ang_pri參數(shù)。只有當(dāng)Mtype設(shè)置為35時(shí)，該參數(shù)才起作用。    (4)旋轉(zhuǎn)軸中心、偏心設(shè)置及刀具軸輸出設(shè)置根據(jù)KR214(或KR211)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸配置特點(diǎn)，其g7_tilt參數(shù)應(yīng)設(shè)為2。saxisx: 0  #The axis offset direction?saxisy: 0  #The axis offset direction?saxisz: 0  #The axis offset direction?r_in

15、tersect : 1  #Rotary axis intersect on their center of ratationsg7_tilt  : 2  #With mill_plus and nutating, select toolplane output #0 = Post selects G7 rotation axis #1 to 4, user selected G7 rotation axis  #1 = Primary C : X zero, Secondary B#2 = Primary C :

16、 Y zero, Secondary A#3 = Primary C : -X zero, Secondary B#4 = Primary C : -Y zero, Secondary Ashift_90_s  : 1  #Shift pos.=1, neg.=-1    (5)機(jī)床行程及轉(zhuǎn)角限位設(shè)置    坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸的行程及軟件限位設(shè)置的正確性，直接影響五軸機(jī)床數(shù)控程序輸出的正確性，下述分別為KR214的各坐標(biāo)軸的行程及A/C軸的轉(zhuǎn)角行程設(shè)置。    1)X、Y、Z線性軸行程設(shè)置ad

17、j2sec  : 1  use_stck_typ : 2 #0=Off, 1=Stock def., 2=Limitsup_x_lin_lim : 1350#X axis limit in positive directionup_y_lin_lim : 900#Y axis limit in positive directionup_z_lin_lim : 1400#Z axis limit in positive directionlw_x_lin_lim : -1350  #X axis limit in negative directionlw_y_lin

18、_lim : -200  #Y axis limit in negative directionlw_z_lin_lim : 200#Z axis limit in negative direction    2)主動(dòng)軸C和從動(dòng)軸A的轉(zhuǎn)角設(shè)置auto_set_lim : 1 #Set the type from the angle limit settings (ignore these)pri_limtyp  : 1sec_limtyp  : 1#Set the absolute angles for axis travel on

19、primarypri_limlo: -200pri_limhi: +200  #Set intermediate angle, in limits, for post to reposition machinepri_intlo: -200pri_inthi: +200  #Set the absolute angles for axis travel on secondarysec_limlo: -115 sec_limhi: +90  #Set intermediate angle, in limits,for post to reposition machi

20、nesec_intlo: -200 sec_inthi: +200 :好就好:中國權(quán)威模具網(wǎng)    五坐標(biāo)機(jī)床后處理程序的驗(yàn)證可通過下面的測(cè)試進(jìn)行。例如，我們根據(jù)KR214的需求進(jìn)行了多種測(cè)試，如X/W軸聯(lián)動(dòng)、固定A軸、變A軸、旋轉(zhuǎn)C軸、五軸底刃、五軸側(cè)刃等典型的五軸加工程序測(cè)試。其測(cè)試的刀具軌跡與局部程序代碼如圖3圖5所示。a)五軸底刃刀具軌跡及其模擬b)五軸側(cè)刃刀具軌跡及其模擬圖3 五軸銑削加工功能測(cè)試示意圖圖4 五軸側(cè)刃銑削加工程序圖5 五軸底刃銑削加工程序    3. MAHO1600w立臥轉(zhuǎn)換加工中心后置處理 &#

21、160;  德馬吉公司的MAHO1600w為帶旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的四軸立臥轉(zhuǎn)換加工中心，由于其立臥軸只能單獨(dú)加工，不像DMU125P或DMU50P等五軸立臥轉(zhuǎn)換加工中心，DMU125P為主軸復(fù)合擺動(dòng)，DMU50P為工作臺(tái)復(fù)合擺動(dòng)，刀具平面相對(duì)于XY平面可以傾斜，所以MAHO1600w后處理程序可分別對(duì)立軸和臥軸進(jìn)行單獨(dú)處理。數(shù)控編程時(shí)根據(jù)主軸立臥的狀態(tài)，選擇相應(yīng)的后處理程序即可滿足要求。其臥軸為標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)四軸配置，而立軸多數(shù)情況下工作臺(tái)只起分度作用。    下面以采用立軸加工某產(chǎn)品高精度同軸的內(nèi)外圓弧段過程中，MAHO1600w所出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心與主軸中心的

22、同軸度機(jī)床精度超差問題為例，給出以X(Y)、B軸聯(lián)動(dòng)來防止XY兩軸聯(lián)動(dòng)而出現(xiàn)的零件超差的作法，其刀具軌跡如下列圖6所示。由于MasterCAM所自帶的MAHO系統(tǒng)的后處理程序均為三軸后處理，針對(duì)四軸的情況，用戶可以MPFAN.PST提供的四軸后處理程序文件為根底進(jìn)行改編，開發(fā)出MAHO1600w的立臥兩種狀態(tài)下的后處理程序。MAHO1600w機(jī)床臥式銑削加工時(shí)，其運(yùn)動(dòng)配置如圖2b所示。下面通過修改MPFAN.PST文件中的局部關(guān)鍵內(nèi)容實(shí)現(xiàn)X(Y)、B、Z三軸聯(lián)動(dòng)，來滿足上述產(chǎn)品的加工需要，用旋轉(zhuǎn)B軸替待Y軸來聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)加工。    設(shè)置機(jī)床類型為立軸加工、旋轉(zhuǎn)軸為繞

23、Z軸逆時(shí)針方向，將其中的Vmc參數(shù)設(shè)置為1，Rot_On_X設(shè)置為3，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)立式繞Z軸旋轉(zhuǎn)的目的。同時(shí)，為了提高輸出曲線曲面的精度，將相關(guān)參數(shù)Atol、Vtol設(shè)為等精度。由于在MasterCAM環(huán)境下的觀測(cè)坐標(biāo)系與Maho1600w的X方向相反，因此，參加Scalex參數(shù)進(jìn)行反向。同時(shí)，在輸出格式上將旋轉(zhuǎn)軸輸出設(shè)置為B軸，并將Y和Z交換。在MasterCAM中以旋轉(zhuǎn)軸參與輪廓聯(lián)動(dòng)加工時(shí)，其界面設(shè)置如下列圖7所示。我們用這種方法加工出了合格的產(chǎn)品，其加工程序的局部代碼如圖8所示。實(shí)踐證明，在加工二維輪廓時(shí)，適當(dāng)采用線性軸和旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)可以提高產(chǎn)品的精度。在實(shí)際加工中，為提高加工的外表

24、光潔度，可適當(dāng)降低加工的進(jìn)給率。vmc: 1  #0 = Horizontal Machine, 1 = Vertical Mill rot_on_x : 3  #Default Rotary Axis Orientation, See ques. 164. #0 = Off, 1 = About X, 2 = About Y, 3 = About Zrot_ccw_pos : 1  #Axis signed dir, 0 = CW positive, 1 = CCW positivescalex: -1.0 # Scaling of .NCI at input

25、- x,y,z,i,j,kscaley: 1.0 # Scaling of .NCI at input - x,y,z,i,j,kscalez: 1.0 # Scaling of .NCI at input - x,y,z,i,j,katol  : .005#Angularity tolerance for arccheck = 2ltol  : .001  #Length tolerance for arccheck = 1vtol  : .0001 #System toleranceltol_m: .002#Length tolerance for

26、arccheck = 1, metricvtol_m: .001 #System tolerance, metric格式輸出fmt  X  2xabs  #X position outputfmt  Z  2yabs  #Y position outputfmt  Y  2zabs  #Z position outputfmt  X  3xinc  #X position outputfmt  Z  3yinc  #Y position outp

27、utfmt  Y  3zinc  #Z position outputfmt  B  11  cabs  #C axis positionfmt  B  14  cinc  #C axis positionfmt  B  4indx_out #Index positionfmt  I  3i  #Arc center description in Xfmt  J  3j  #Arc center descr

28、iption in Yfmt  K  3k  #Arc center description in Zfmt  R  2arcrad#Arc Radiusfmt  F  15  feed  #Feedratefmt  P  11  dwell #Dwellfmt  M  5cantext  #Canned text圖6 X、B聯(lián)動(dòng)輪廓加工刀具軌跡示意圖圖7 輪廓加工旋轉(zhuǎn)軸擬合設(shè)置界面    4. 常用的三軸數(shù)控銑削編

29、程后置處理    在模具、航空航天等行業(yè)中，數(shù)控銑削加工中的三軸聯(lián)動(dòng)切削應(yīng)用最為廣泛。MasterCAM系統(tǒng)提供了如FANUC、MAHO、Heidenhane、Century6X等眾多數(shù)控系統(tǒng)的三軸銑削編程后處理程序，但是由于在程序起始控制、刀具說明、輸出格式、程序傳輸?shù)确矫娓鲾?shù)控系統(tǒng)有所差異，且企業(yè)為實(shí)現(xiàn)其程序的可讀性、簡潔性、可復(fù)用性、易管理性、減少手工的修改量等方面的要求，必須對(duì)后處理程序進(jìn)行二次開發(fā)。下面為針對(duì)典型的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、Century6X等對(duì)象，在輸出格式、程序起始、刀具等方面介紹了如何修改其后處理程序，并以實(shí)例的形式進(jìn)行了說明。圖8

30、X、B軸聯(lián)動(dòng)加工程序代碼    (1)字符輸出格式的控制    下面的內(nèi)容主要用于單位輸出和精度等方面的控制，系統(tǒng)可以mm、m為單位輸出，同時(shí)對(duì)小數(shù)點(diǎn)后的輸出精度、絕對(duì)值和增量值進(jìn)行輸出控制。系統(tǒng)參數(shù)變量fs2存儲(chǔ)不同的數(shù)字115，實(shí)現(xiàn)其輸出格式的控制。# Format statements - n=nonmodal, l=leading, t=trailing, i=inc, d=delta#Default english/metric position format statementsfs2 10.7 0.6  #De

31、cimal, absolute, 7 place, default for initialize (:)fs2 20.4 0.3  #Decimal, absolute, 4/3 placefs2 30.4 0.3d #Decimal, delta, 4/3 place#Common format statementsfs2 41 0 1 0  #Integer, not leadingfs2 52 0 2 0l #Integer, force two leadingfs2 63 0 3 0l #Integer, force three leadingfs2 74 0 4

32、0l #Integer, force four leadingfs2 90.1 0.1  #Decimal, absolute, 1 place    (2)程序起始說明與控制    主要用于實(shí)現(xiàn)其程序起始在加工產(chǎn)品對(duì)象、坐標(biāo)系定義等方面的標(biāo)準(zhǔn)控制。# Start of File and Toolchange Setuppsof0  #Start of file for tool zero"%", e# *progno, e"", sprogname, ""

33、;, e"(Product:)", epbld,"", *smetric, e pbld,"", "", "", "", "", "", "", eif stagetool >= zero, pbld,"", *t, "M6","(Tools:)", epindexif mi1 > one, absinc = zeropcan1, pbld,&q

34、uot;", "G00 G17 G40 G49 G80 G54", *sgabsinc, pwcs, pfxout, pfyout, "", *speed, *spindle, pgear, strcantext, epbld,"", "G43", *tlngno, pfzout, scoolant, next_tool, ec_msng #Single tool subprogram call    (3)刀具交換與注釋說明用于刀具交換及返回參考點(diǎn)等方面的控制功能。ptlc

35、hg #Tool change pcuttypetoolchng = one if mi1 = one, #Work coordinate systempfbld, "", *sg28ref, "", "Y200.", epfbld, "", "G92", *xh, *yh, *zh, epbld,"", "M01", epcom_movebc_mmlt #Multiple tool subprogram callptoolcommentcommentpc

36、anpbld,"", *t, "M6","(Toolnotes:)", ec_msng #Single tool subprogram call      (4)程序結(jié)束輸出控制不同的數(shù)控系統(tǒng)在程序結(jié)束時(shí)有所不同，下述代碼為例。pretract  #End of tool path, toolchange  pcanpbld,"", sccomp, psub_end_mny, epcan1, pbld,"", "", "G00 G49", "G30 Z250.M05", scoolant, strcantext, epbld,"",